Constantes FundamentalesConstantes Fundamentales · Entre la comunidad científica hacia finales...
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Constantes Fundamentales Constantes Fundamentales UNA MISMA MEDIDA PARA TODOS LOS HOMBRES PARA TODOS LOS TIEMPOS Mauricio López Romero Mauricio López Romero CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA
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Constantes FundamentalesConstantes FundamentalesUNA MISMA MEDIDA PARA TODOS LOS HOMBRES PARA TODOS LOS TIEMPOS
Mauricio López RomeroMauricio López Romero
CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA
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Protágoras (490 a.c.): “El hombre medida de todas las cosas”
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LAS UNIDADES DE MEDIDA EN LA EDAD MEDIA
Yarda: distancia entre la punta de Vara: Promedio de la medida de laYarda: distancia entre la punta de la nariz del Rey Enrique I y su dedo pulgar cuando el brazo se extiende horizontalmente.
Vara: Promedio de la medida de la longitud del pie izquierdo de los primeros 60 hombres que salen de la iglesia el día domingo por la extiende horizontalmente. g g pmañana.
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UNA MISMA MEDIDA PARA TODOS LOS HOMBRES PARA TODOS LOS TIEMPOS
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EL KILOGRAMO: MASA DE UN CILÍNDRO DE PLATINO IRIDIADO
1891 Llega a México el prototipo Nº 21 del kilogramo.1891 Llega a México el prototipo N 21 del kilogramo.
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EL METRO: LA DIEZMILLONÉSIMA PARTE DE UN CUADRANTE DEL MERIADIANO TERRESTRE
1895 Ll Mé i l t ti Nº 25 d l t i d1895 Llega a México el prototipo Nº 25 del metro, asignado anuestro país en 1893.
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EL SEGUNDO: LAS ESTRELLAS COMO LAS MANECILLAS DEL RELOJ UNIVERSAL
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La revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa mecánica Newtoniana
∑ ×= prLSir Isaac Newton
∑ p
2x∂2txm
∂∂
=F
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La revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaEl electromagnetismo
James Clerk Maxwell
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La revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa ternodinámica
Walther Nernst1864 ‐ 1941
Tercer ley de la
Nicolas Léonard Sadi Carnot1796 ‐ 1832
Primera ley de la
William Thomson – Lord Kelvin1824 ‐1907
S d l d l Tercer ley de la termodinámica
Primera ley de la termodinámica
Segunda ley de la termodinámica
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La revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa ternodinámica
Ley cero: A ~ B, B ~ C ⇔ A ~ C;
1ª Ley: dU = δQ - δW;
0≥∫ TQδ
y Q ;
2ª Ley: ∫ TCST →→ ,03ª Ley:
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La revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaLa revolución industrial conduciría al éxito de la física clásicaEntre la comunidad científica hacia finales del siglo XIX se tenía la percepción generalizada de que
¡Todo estaba descubierto solamente¡Todo estaba descubierto, solamente quedaban cálculos por realizar!
Había solamente dos o tres mediciones experimentales (“casos sin mayor trascendencia”) que eran inconsistentes con los modelos de la física del momento.
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Radiación de cuerpo negroRadiación de cuerpo negroTh N b l P i i Ph i 1918
3
22),(c
kTTI νν =The Nobel Prize in Physics 1918
"in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta"
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Germany
12),( 33
= hhTI ννν
Berlin University Berlin, Germany
b.1858d.1947
1),( 3 −kT
h
ecν
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Efecto fotoeléctricoEfecto fotoeléctrico
The Nobel Prize in Physics 1921
"for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"
Albert Einstein
Germany and Switzerland Germany and Switzerland
Kaiser-Wilhelm-Institut (now Max-Planck-Institut) für Physik Berlin, Germany
b.1879d.1955
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El problema del etherEl problema del etherTh N b l P i i Ph i 1907The Nobel Prize in Physics 1907
"for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid"
Albert Abraham Michelson
USA
=
Chicago University Chicago, IL, USA
b.1852d.1931
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Nace la Mecánica CuánticaNace la Mecánica Cuántica
The Nobel Prize in Physics 1918
"in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta"
νhE =
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Germany B li U i i Berlin University Berlin, Germany
b.1858d.1947
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Nace la Mecánica CuánticaNace la Mecánica CuánticaTh N b l P i i Ph i 1921The Nobel Prize in Physics 1921
"for his services to Theoretical Physics and"for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"
2mcE =“Dios no juega a los dados”
Albert EinsteinGermany and Switzerland
Kaiser-Wilhelm-Institut (now Max-Planck-Institut) für Physik Berlin, Germany b.1879d.1955
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Nace la Mecánica CuánticaThe Nobel Prize in Physics 1922
Nace la Mecánica Cuántica
"for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them"
12 EEE −=
Niels Henrik David BohrDenmark Copenhagen University Copenhagen, Denmark Modelo atómico de Bohr Copenhagen, Denmark b.1885d.1962
Modelo atómico de Bohr
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Nace la Mecánica CuánticaNace la Mecánica CuánticaThe Nobel Prize in Physics 1929y
"for his discovery of the wave nature of electrons"
ph
=λp
Prince Louis-Victor Pierre Raymond de BroglieFrance S b U i i I i H i P i é Sorbonne University, Institut Henri Poincaré Paris, France b.1892d.1987
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Nace la Mecánica CuánticaNace la Mecánica CuánticaThe Nobel Prize in Physics 1932
"for the creation of quantum mechanics, the application of which has inter alia led to theapplication of which has, inter alia, led to the discovery of the allotropic forms of hydrogen"
2/h≥∆∆ px x2/h≥∆∆ tE
“La fobia de la naturalezaWerner Karl HeisenbergGermany L i i U i i
La fobia de la naturaleza por ser medida”
Leipzig University Leipzig, Germany b.1901d.1976
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Nace la Mecánica CuánticaNace la Mecánica CuánticaThe Nobel Prize in Physics 1933
"for the discovery of new productive forms of atomic theory"
tti rHr ΨΨ∂ );()(h ttt
i
VpH
rHr
+=
Ψ=Ψ∂
);,(),(
2
h
omVH +=
2
Erwin Schrödinger Paul Adrien Erwin SchrödingerMaurice Dirac
1/2 of the prize 1/2 of the prize Austria United Kingdom Berlin University B li G
University of Cambridge Berlin, Germany
y gCambridge, United Kingdom
b.1887d.1961
b.1902d.1984
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Constantes fundamentalesConstantes fundamentalesLA METROLOGÍA DE DIOS
Velocidad de la luz: c0Velocidad de la luz: c0Constante de planck: hConstante gravitacional: GMasa del electrón: measa de e ect ó : meConstante de Boltzmann: kBConstante de stefan-Boltzmann: σConstante de Avogadro: NAg AMasa del protón: mpConstante de estructura fina: αPermitividad del vacío: ε00Permeabilidad del vacío: µ0Constante de Rydberg: RCarga del electrón: e
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Constantes fundamentalesConstantes fundamentales
Existen relaciones entre algunas de estas constantes de manera que unas pueden ser expresadas en función de otras, por ejemplo:
hec
2
200µα =h2
hcm
R e2
0α=∞ h2∞
1000 =µεc 000 µ
La consistencia entre las relaciones de constantes fundamentales pone a prueba la validés de los modelos fundamentales de la fìsicaa prueba la validés de los modelos fundamentales de la fìsica
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaEfecto Josephsonec o Josep so
ehnV2ν
=
Efecto Josephson
-
Constantes fundamentales y MetrologíaEfecto Josephson
Constantes fundamentales y Metrologíaec o Josep so
ehnV2ν
=
Efecto Josephson
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaEfecto Hall cuánticoec o cu co
14000 2500
10000
12000
1500
2000
4000
6000
8000
ρxy (Ω )
1000
1500
ρxx (Ω )
2nehRH =
0
2000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
B (T)
0
500ne
Efecto Hall Cuántico
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaTuneleo de electronesu e eo de e ec o es
e-E∆ efi ×E∆ efi ×=
x∆
Posición
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaEl tríangulo cuánticogu o cu co
f
Single- electronJosephson SETSET feI ×=J
JJJJ f
hnfnV ==
IV
electron tunneling effect
Q ant m Hall
SETSET fJJ
J feK 2
IV Quantum Hall-effect
h Ien
hIRVH
H 2==
(Ley de Ohm)
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del metroe c ó de e o
λυ=c
Láser de HeNe estabilizado al Yodo para la realización de la unidad de longitud
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del segundoe c ó de segu do
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del segundoe c ó de segu do
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del segundo
Métodos ópticos para congelar átomos
e c ó de segu do
En la primera mitad de la década de los 90´s Stephen Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Phyllips, entre otros, desarrollaron las técnicas deenfriamiento de átomos con luz.
Steven Chu Claude Cohen-Tannoudji
William D. Phillips
USA France USA
É
The Nobel Prize in Physics 1997
Stanford University Stanford, CA, USA
Collège de France; École Normale Supérieure Paris, France
National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD, USA
b.1948 b.1933 b.1948
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del segundoe c ó de segu do
El CENAM desarrolla una Trampa Magneto-Óptica para congelar átomos de Cesio-133 como primer paso en el desarrollo de un reloj de fuente atómica
Blindaje magnético
Bobina de campo C
Cavidad de microondas
Láser de detecciónFotodetector
Cámara de enfriamiento
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaDefinición del segundoe c ó de segu do
Se vislumbran nuevos horizontesLos relojes atómicos de mayor exactitud en el futuro serán relojes atómicos ópticos
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaHacia una nueva definición del segundo
Mercury and Strontium ion clocks
Hacia una nueva definición del segundo
¡1 segundo en la vida del universo!
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Constantes fundamentales y MetrologíaConstantes fundamentales y MetrologíaHacia una nueva definición del kilogramoHacia una nueva definición del kilogramo
R Josephson standard
B I
Laser
Voltmeter
Current source
Fringe counter
Current source
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¿Son realmente constantes las “constantes” fundamentales?
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¿Tenemos mediciones que no coinciden con los modelos de la física?
La concepción de la tierra y del universo en la edad media
La concepción moderna del universo
La rapidez con la que se expande el universo no coincide con la cantidad de energía observada. Parece que conocemos menos del universo de lo que pensábamos. El 95% d l i á l j P li l i h ldel universo está oculto a nuestros ojos. Para explicar lo anterior se ha propuesto la
existencia de la energía oscura.
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¿Tenemos mediciones que no coinciden con los modelos de la física?
La mecánica cuántica y la relatividad general son incompatibles No tenemos una teoría cuántica de laincompatibles. No tenemos una teoría cuántica de la gravedad. Lo anterior impide hacer estimaciones del
comportamiento del universo durante los pirmeros tres segundos después del big bang.
Esto parece ser un problema menor, al igual que h i fi l d l i l l di i dhacia finales del siglo XIX la radiación de cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y el experimento de Michelson parecían problemas menoresMichelson parecían problemas menores.
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¿Estamos ante los albores de una nueva revolución científica?
No lo sabemos con certeza
Lo que si sabemos es que las constantes fundamentales se t t t l t d did lpresentan ante nosotros como los patrones de medida con los que
Dios hizo el universo. Fincaremos la metrología de las décadas por venir en los fundamentos del universo en busca devenir en los fundamentos del universo en busca de
¡UNA MISMA MEDIDA PARA TODOS LOS HOMBRES PARA TODOS LOS TIEMPOS!TODOS LOS TIEMPOS!
